Cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 đang tạo ra nhiều bước tiến đột phá, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất. Quá trình chuyển đổi số, từ đơn giản đến phức tạp, đang diễn ra ở mọi mặt của ngành, hình thành những nhà máy thông minh. Trong đó, các công nghệ sản xuất (manufacturing) hiện đại đang trở thành những mắt xích quan trọng không thể thiếu, giúp mỗi doanh nghiệp ngày càng tiến gần hơn tới đích đến của nền sản xuất tương lai hay còn gọi là sản xuất thông minh (Smart manufacturing)

Sản xuất thông minh – Smart Manufacturing là gì?

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về sản xuất thông minh (Smart manufacturing)

Tổng quan về sản xuất thông minh

Wikipedia định nghĩa Smart manufacturing là một phạm trù rộng lớn của sản xuất, sử dụng hệ thống sản xuất tự động, công nghệ kỹ thuật số và đào tạo nguồn lực lao động chất lượng cao để nâng cao mức độ linh hoạt, đáp ứng sự thay đổi nhanh chóng về mức độ sản xuất theo nhu cầu, tối ưu hóa chuỗi cung ứng, sản xuất hiệu quả hơn,…

Theo Tạp chí Công thương, khái niệm sản xuất thông minh được hiểu là việc kết nối các máy móc/thiết bị, công đoạn sản xuất và bộ phận sản xuất bằng công nghệ số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào giải quyết các vấn đề tại công xưởng. Nhờ đó, đối ứng nhanh, linh hoạt với những yêu cầu mới từ thị trường.

Theo Gartner, sản xuất thông minh là việc kết hợp quy trình vật lý và kỹ thuật số vào trong các nhà máy cũng như các chức năng khác của chuỗi cung ứng để tối ưu hóa các yêu cầu về cung – cầu ở hiện tại hoặc tương lai. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển đổi, cải thiện cách thức mà con người, quy trình, công nghệ vận hành để cung cấp thông tin quan trọng cần thiết nhằm tác động đến chất lượng, hiệu quả, chi phí và sự linh hoạt của quyết định.

Nhìn chung, sản xuất thông minh là một chiến lược chuyển đổi số toàn diện từ công nghệ, quy trình cho đến con người. Ở đó, việc sản xuất sẽ trở nên đơn giản, nhanh chóng và đem lại hiệu suất cao hơn nhờ ứng dụng hàng loạt các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại phù hợp với hoạt động sản xuất của doanh nghiệp như: Tự động hóa công nghiệp (RPA), Kết nối vạn vật (IoT), và Công nghệ thông tin (IT) (với phần mềm quản lý sản xuất MES, phần mềm quản lý doanh nghiệp, phần mềm quản lý vòng đời PLM) cùng các thành tựu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như Điện toán đám mây, công nghệ sản xuất bồi đắp – In 3D, Trí tuệ nhân tạo ( Artificial intelligence) và dữ liệu lớn (Big Data)… Cách tiếp cận như vậy có thể giảm 50% thời gian đưa thành phẩm ra thị trường, giảm 25% chi phí phát triển và cho phép các công ty, đặc biệt là công ty điện tử cung cấp chất lượng sản phẩm (product) gần như hoàn hảo.

Mục tiêu cuối cùng của smart manufacturing đó là kết nối mọi công đoạn của quy trình sản xuất. Các nhà máy áp dụng sản xuất thông minh sẽ tích hợp những hệ thống kỹ thuật chưa từng có, xuyên suốt nhiều lĩnh vực, cấp độ, ranh giới địa lý, chuỗi giá trị và các giai đoạn vòng đời. Và trên hết, sự tích hợp các kỹ thuật của sản xuất hiện đại trong nhà máy thông minh chỉ có thể thành công khi dựa trên những tiêu chuẩn quốc tế được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu.

Sự khác biệt giữa nhà máy thông minh và sản xuất thông minh

Sản xuất thông minh và nhà máy thông minh chia sẻ mục tiêu chung là cải tiến bằng cách tối đa hóa việc sử dụng công nghệ, quy trình và con người. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chúng giống nhau.

• Nhà máy thông minh tận dụng tối đa các nguyên tắc và giải pháp đầu cuối do sản xuất thông minh cung cấp để liên tục thúc đẩy cải tiến, năng suất, đáp ứng những thay đổi của thị trường, từ đó mang đến hiệu suất cao nhất.
• Sản xuất thông minh cũng tận dụng những tiến bộ và sáng kiến ​​này để mở ra tiềm năng thực sự của từng công nghệ và chiến lược. Khi sản xuất thông minh biến các nhà máy truyền thống thành nhà máy thông minh, việc triển khai nó cũng thúc đẩy quá trình chuyển đổi kỹ thuật số của ngành sản xuất.

Việc áp dụng các nguyên tắc sản xuất thông minh trong một cơ sở sản xuất có thể làm cho một nhà máy trở nên “thông minh” hơn. Một nhà máy thông minh cần phải tối ưu hóa các ứng dụng của phần mềm/công cụ hỗ trợ sản xuất thông minh để cải thiện các quy trình sản xuất truyền thống hiện có. Vì dữ liệu của nhà máy thông minh chủ yếu là kỹ thuật số, nên nhà máy sẽ hoạt động theo cách giúp dữ liệu cần thiết có thể truy cập được trong thời gian thực, chúng có thể kết nối được với nhau, tương tác linh hoạt giữa các tầng quản lý, từ tầng chiến lược đến tầng vận hành và ngược lại, hỗ trợ cho quá trình tự động hóa.

Nền tảng sản xuất thông minh

Về cơ bản, nền tảng lõi của sản xuất thông minh là tích hợp, thu thập, kết nối dữ liệu theo thời gian thực từ các thiết bị, máy móc,…

Bên cạnh dữ liệu thì theo tạp chí công thương, tại Việt Nam, Smart Manufacturing bao gồm sự phát triển thông minh của hệ thống quản lý, điều hành được số hóa trên 3 nội dung: PLM, MOM và automation:

• Quản lý vòng đời sản phẩm (PLM): Tích hợp thông tin trên toàn bộ chuỗi giá trị sản xuất từ giai đoạn đầu lên ý tưởng thiết kế – phát triển sản phẩm (ideation), cho đến thực hiện sản xuất (realization) và cuối cùng là giai đoạn sử dụng (utilization) bao gồm các dịch vụ hỗ trợ đối với sản phẩm và máy móc – nhà xưởng.
• Quản lý hoạt động sản xuất (MOM): Số hóa toàn bộ quá trình sản xuất từ thu thập dữ liệu sản xuất, vận kho, tối ưu hóa kế hoạch và lịch sản xuất, đảm bảo chất lượng sản xuất và cung cấp các thông tin trực quan, minh bạch nhất cho nhà quản trị.
• Tự động hóa (automation) hay điều khiển tự động bằng các công nghệ: Giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người vào quá trình sản xuất bằng cách xác định trước các yếu tố quyết định, các mối quan hệ của quy trình phụ và các hoạt động liên quan (thể hiện những xác định trước đó trong phần mềm quản lý máy móc)

Ứng dụng sản xuất thông minh

Hiện nay, sản xuất thông minh được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề, lĩnh vực. Tiêu biểu có thể kế đến như:

Sản xuất thông minh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

• Điện tử và linh kiện điện tử
• Cơ khí chế tạo
• Sản xuất bao bì
• Đúc nhựa
• Vật liệu xây dựng
• Dược phẩm
• Phân phối – bán lẻ
• …

Thông qua sự kết nối máy móc, thiết bị và các bộ phận sản xuất, Smart manufacturing hỗ trợ nhà máy trong nhiều ứng dụng khác nhau như: quản lý sản xuất các dây chuyền đặc thù, lập kế hoạch và lịch sản xuất, quản lý kho, quản lý chất lượng, truy xuất nguồn gốc, trực quan hóa tiến độ sản xuất;…  Ở mỗi lĩnh vực, việc ứng dụng sản xuất thông minh sẽ khác nhau nhưng tựu chung lại, chúng đều giúp nâng cao hiệu suất công việc và tối ưu hóa hệ thống quản trị chung.

Bắt đầu hành trình chuyển đổi sản xuất thông minh từ đâu?

Suy nghĩ rằng áp dụng sản xuất thông minh cho nhà máy cần phải có nguồn lực tài chính mạnh chính là rào cản lớn nhất ngăn bước các doanh nghiệp trong hành trình chuyển đổi sản xuất thông minh.

Trên thực tế, các doanh nghiệp ở mọi cấp độ đều có thể triển khai sản xuất thông minh bằng cách xây dựng hệ thống dữ liệu đồng bộ. Bằng cách này, doanh nghiệp sẽ sử dụng một hệ thống thu thập dữ liệu thông minh có khả năng liên kết thông tin từ tất cả các quy trình trong nhà máy để loại bỏ hoàn toàn các quy trình thủ công, từ đó tiết kiệm thời gian và nhân công tối ưu hơn.

Chẳng hạn, hệ thống ERP & hệ thống MES là hai nền tảng công nghệ có khả năng thu thập, tổng hợp dữ liệu trong nhà máy, hỗ trợ lập kế hoạch chi tiết theo nguồn lực và nhu cầu sản xuất của doanh nghiệp, giúp số hóa toàn bộ quy trình quản trị lõi từ tầng Shop Floor đến tầng Top Floor, tạo nên dòng chảy dữ liệu nhất quán, đồng bộ.

Các công nghệ trong Sản xuất thông minh

Công nghệ là một thành phần không thể thiếu của sản xuất thông minh. Dưới đây là 10 công nghệ phổ biến thường được ứng dụng trong quá trình xây dựng Smart manufacturing:

• Trí tuệ nhân tạo (AI)/ Học máy (Machine Learning)
• Thực tế tăng cường (Augmented Reality)/Thực tế ảo(Virtual Reality)
• Tự động hóa (Automation)/Robot (Robotics)
• Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing)/Sản xuất hỗn hợp (Hybrid Manufacturing)
• Phân tích dữ liệu lớn (Big Data Analysis)
• Điện toán đám mây (Cloud Computing)
• Gia công CNC (CNC Machining)
• Thiết kế cho sản xuất (Design for Manufacturing)
• IoT
• Mô phỏng (Simulation)/Bản sao số cải thiện hiệu suất (Digital Twin)

7 Nguyên tắc trong Sản xuất thông minh (smart manufacturing)

Theo CESMII (Viện nghiên cứu đổi mới sản xuất thông minh của Mỹ), các nhà máy thông minh muốn triển khai những công nghệ sản xuất hiện đại cần tuân thủ theo 07 nguyên tắc như sau:

7 Nguyên tắc trong Sản xuất thông minh (smart manufacturing)

Tính an toàn

Sản xuất thông minh cung cấp khả năng kết nối rộng rãi và an toàn giữa các thiết bị, quy trình, con người và doanh nghiệp trong hệ sinh thái, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, bảo vệ tài sản trí tuệ, bảo vệ chống lại các cuộc tấn công mạng và duy trì tính liên tục của hoạt động kinh doanh.

Thực hiện trong thời gian thực

Các tài nguyên và quy trình được tích hợp kỹ thuật số, theo dõi và đánh giá liên tục trong thời gian gần thực hiểu biết sâu sắc về cấu trúc tổ chức phẳng và chuỗi giá trị với nhiều quyền tự chủ hơn và các quyết định phi tập trung, nhanh hơn.

Tính chủ động và bán tự động

Hơn cả những bảng báo cáo số liệu (dashboard) thông thường, sản xuất thông minh giúp tạo ra một quy trình chủ động, mang tính chất dự báo dựa trên các dữ liệu chuyên sâu. Trong những tình huống lặp đi lặp lại thường ngày, sản xuất trong các nhà máy thông minh sẽ kích hoạt những hoạt động hoặc quyết định xử lý một cách tự động, trong khi đó, với những tình huống bất thường, nó sẽ vẫn cần có sự tham gia kịp thời của con người.

Tính mở và tương tác

Sản xuất thông minh tạo ra một hệ sinh thái các thiết bị, hệ thống, con người, dịch vụ và các đối tác được kết nối với nhau theo một cấu trúc giao tiếp tự nhiên. Với các nhà máy thông minh, việc sản xuất sẽ được thực hiện xuyên nền tảng từ nền tảng lưu trữ tại chỗ (on-premise) hay điện toán biên (edge) hoặc điện toán đám mây (cloud), cho phép trao đổi thông tin kỹ thuật số diện rộng (digital information) dựa trên các chuẩn tích hợp và API kết nối các giải pháp từ đa nhà cung cấp.

Tính sắp xếp và phục hồi

Nó thích ứng với những thay đổi về lịch trình và sản phẩm với sự can thiệp tối thiểu, dễ dàng cấu hình lại và tối ưu hóa (optimization)quy trình và dòng nguyên liệu. Nó nhanh chóng phản ứng với những thay đổi của nhu cầu, có khả năng chống lại sự gián đoạn và có khả năng duy trì tính liên tục của hoạt động kinh doanh thông qua khả năng thích ứng, tính mô đun và dự phòng tối thiểu.

Có khả năng mở rộng về chức năng, cơ sở vật chất và toàn bộ chuỗi giá trị.

Điều này có nghĩa là khi khối lượng và mức độ phức tạp tăng lên, chi phí và hiệu suất sẽ tăng theo tuyến tính – không phải theo cấp số nhân. Các hệ thống và tài nguyên sẽ được thêm, sửa hoặc loại bỏ một cách dễ dàng để đáp ứng với các nhu cầu thay đổi.

Bền vững và tiết kiệm năng lượng.

Điều này xảy ra khi các quy trình và hệ thống tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường và tối đa hóa các kết quả kinh tế xã hội tích cực.

Khi tất cả các nguyên tắc thiết kế này được xem xét, doanh nghiệp sẽ đạt được các lợi ích về cải tiến hiệu suất truyền thống, cũng như các lợi ích mang tính chất chiến lược, bao gồm tính minh bạch, tốc độ, tính cộng tác, linh hoạt tinh gọn, đổi mới và khả năng phục hồi.

Lợi ích của sản xuất thông minh

• Tiết kiệm nguồn lực doanh nghiệp: Khi triển khai giải pháp sản xuất thông minh, các doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được các nguồn lực như: Nhân sự, kinh tế và thời gian. Từ đó tối ưu hóa được nguồn lực của doanh nghiệp.
• Giảm sự lãng phí trong sản xuất: Khi triển khai các công nghệ thông minh trong nhà máy, sẽ giúp doanh nghiệp giảm được các lỗi cơ bản trong sản xuất, giảm dung sai và giảm sự lãng phí về nguyên vật liệu
• Quản lý tối ưu: Các hệ thống trong nhà máy thông minh được kết nối với nhau và kết nối tới các phần mềm quản lý sản xuất, phần mềm ERP. Từ đó các nhà quản lý dễ dàng quan sát và điều chỉnh kịp thời các công việc.
• Đảm bảo an toàn lao động: Trong sản xuất, lực lượng lao động (workforce) sẽ tránh được các hoạt động sản xuất nguy hiểm do đã được thay thế bằng các hệ thống thông minh, đảm bảo an toàn lao động công nghiệp.